Podivný superpevný stav hmoty vytvořený v nové dimenzi

Kromě základních známých skupenství hmoty – pevné, kapalné, plynné a plazmové – existuje v laboratoři mnoho exotických skupenství. Jedna z nich, známá jako „supersolid“, byla potvrzena teprve před několika lety a nyní ji vědci z univerzity v Innsbrucku vytvořili v nové dvourozměrné podobě.

Superpevnost není tak, jak to může znít. Jeho atomy jsou v podstatě uspořádány v tuhé krystalické struktuře, jako běžná pevná látka – ale mohou také proudit s nulovou viskozitou, jako supratekutina. Zní to jako paradox, ale vědci si od 60. let 20. století mysleli, že je to teoreticky možné – a v roce 2017 to bylo konečně experimentálně potvrzeno.

Několik týmů výzkumníků vytvořilo superpevné látky pomocí jiného stavu hmoty zvaného Bose-Einsteinův kondenzát (BEC). Ty jsou tvořeny plynným oblakem o nízké hustotě atomů ochlazených téměř na absolutní nulu a v tomto bodě vykazují podivné kvantové zvláštnosti, které se běžně v tak velkém měřítku nevidí. Všechny atomy v BEC existují každý bodu v mraku současně, v jevu zvaném delokalizace.

V předchozích experimentech byly superpevné látky vyrobeny pouze jednorozměrně, takže atomy mohly proudit pouze jedním směrem. Nyní jim tým z Innsbrucku dal zcela nový rozměr hry, jako je přechod z pohybu po provázku na pohyb kolem kusu papíru. Tento BEC byl vyroben z atomů dysprosia a magnetické interakce mezi atomy způsobily, že se uspořádaly do kapiček, které se samy seřadily do mřížky.

„Normálně byste si mysleli, že každý atom se najde v konkrétní kapce, bez možnosti se mezi ně dostat,“ říká Matthew Norcia, autor studie. „Avšak v superpevném stavu je každá částice delokalizována napříč všemi kapičkami, které existují současně v každé kapce.“ Takže v podstatě máte systém se sérií oblastí s vysokou hustotou (kapky), které všechny sdílejí stejné delokalizované atomy.“

Tým říká, že tento průlom by mohl fyzikům umožnit studovat zcela nový rozsah kvantových podivností, které jednorozměrná superpevná látka nemůže.

„Například ve dvourozměrném superpevném systému lze studovat, jak se v díře mezi několika sousedními kapkami tvoří víry,“ říká Norcia. „Tyto teoreticky popsané víry ještě nebyly prokázány, ale představují důležitý důsledek supratekutosti.“

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: Univerzita v Innsbrucku přes Eurekalert